Что такое 3D-печать и 3D-принтер?

Что такое 3D-печать?

Сегодня мы коснемся очень важного вопроса, который часто задают новички, или просто люди впервые столкнувшиеся с этим термином. Итак, действительно, а что же такое 3d-печать? Если коротко, то это создание физического, осязаемого, реального объекта (который можно потрогать и покрутить в руках) из некоторого количества исходного материла, будь то пластик, метал, фотополимер, воск, глина и так далее. Отличается от фрезерования коренным образом тем что там (в фрезеровании) выпиливают, вырезают, выжигают из куска исходного материала, и остается много отходов. А здесь (в 3d-печати) наращивают, склеивают, растят, печатают из исходного материала, и часто расход материала равен объему модели. Ну или чуть больше. Кроме того на фрезере часто сложно, если вообще возможно, создать определенные формы, например, петля Мебиуса или сложные объемные модели. Фрезерование поэтому еще называют 2.5D печать. Иногда, если фрезер обладает поворотным механизмом, то такую технологию называют даже 2.9D-печать.

Но общее у 3d-печати и фрезерования одно — они производят осязаемые предметы по их компьютерной 3d-модели.

Как рождается 3D-модель

Не следует путать 3D модель с чертежом. 3D-модель это уже готовое изделие, собранное инженером-моделером по чертежам (или по фотографии, образцу, из фантазии и т.д.), только оно пока что «виртуальное» — находится на мониторе компьютера и в его памяти. Программа в которой работает моделер называется 3D-редактор или CAD-система. Их существует огромное множество, каждая из которых часто служит своей четко ограниченной цели. Например есть программы бесплатные, в которых можно создать для себя пресловутый крючок в ванную, или простенькую деталь, например SketchUp . А есть сложные и серьезные программы, в которых, для примера, Boeing создает свои самолеты одним файлом все скопом, включая проводку, двигатели, подвижные части и т.д., например Catia.

Дальше, когда 3D-модель уже готова, специальная программа, которая называется слайсер (slicer) эту модель «разрезает» на слои. Ведь любой 3D-принтер печатает модель по слоям. Тут уместна аналогия с постройкой дома из сруба (бревен, или в меньшем варианте — домик из спичек). И дальше принтер уже из этих бревен (слоев) создает модель послойно с использованием своего материала. Почти все 3D-принтеры эти слои накладывают по контуру, как бы рисуя карандашом или ручкой. Это FDM, SLA, да и все остальные «мейнстримовые» технологии. Наш же, 3d-принтер B9Creator — это DLP принтер, и «рисует», накладывает он каждый слой целиком, вне зависимости от формы, размеров и количества 3D-моделей. За счет этого достигается довольно большая экономия времени, а так же равномерность качества по всему слою.

Основные технологии 3D-печати на данный момент это:

FDM — Дешево и сердито. Наиболее распространенный тип. Качество так себе, зато принтеры от 300-500 долларов. «Печатает» нанося по контуру слои плавленной пластмассой.

Показана анимация работы SLA 3D принтераSLA и DLP — главный козырь этой технологии 3D печати — качество. В основном печатают небольшие, но очень точные и проработанные детали. Цена 3D-принтеров средняя — 5-30 тыс. дол. Материал — фотополимеры. В обычном состоянии они жидкие, но когда на них попадает УФ либо голубой свет, он затвердевают, именно в этом месте. На этом и базируется сама технология. Слева вы можете видеть очень наглядную анимацию процесса стереолитографической 3D-печати. Луч лазера проходит по слою фотополимера и отверждает его. Дальше платформа опускается на один слой ниже, сверху прокатывается специальный валик, для того чтобы нивелировать капиллярный эффект и все повторяется.

ZCorp — по сути, до недавнего времени, единственная технология, которая позволяла делать полноцветные модели. Материал — крашенный цветной гипс, в основном для архитектурных моделей. Цена выше среднего (15-30 тыс. долл.), но очень-очень хрупкие модели.

И главное — целая вереница названий (SLS, SLM, DMLS, EBM) суть которых одно и то же — сумасшедшей мощности лазер сплавляет сверх мелкие порошки металла ( титан, алюминий, серебро, золото, сплавы, а иногда и плотный пластик). Очень круто, но безумно дорого — от 0.5 млн, до 10 млн. долларов! В среднем 1-2 млн. К слову на таких машинах НАСА начала пробовать печатать ракетные двигатели целиком, одним куском, из одной детали, без сборки. Так дешевле раз в 5-10, возможно будет надежней (за счет меньшего человеческого фактора, ошибок сборки и все таки целый кусок, это вам не стопитсот деталей болтами слепленых :) ) и быстрее (раньше полгода, сейчас неделя).

Все остальное это уже экзотика и не мейнстрим. Есть много еще разных технологий, но все они так или иначе редки по разным причинам.

3D-ПРИНТЕРЫ И 3D-ПЕЧАТЬ это новые «нанотехнологии»?

Нет, на самом деле 3D-печать была уже лет как 20-30. И крупные компании всегда нею пользовались. Единственное что сейчас изменилось это цена — она просто очень сильно упала на два типа печати — FDM и SLA (DLP) потому что закончился срок действия основных патентов. Так это еще первая волна, когда американцы и голландцы делают свои 3Д-принтеры в гаражах, а эти ребята привыкли много зарабатывать. И все равно при этом машины получаются относительно дешевые. Но вот не за горами момент когда китайская братия подключится, и можно будет купить FDM 3d-принтер дешевле обычного офисного лазерного принтера, я гарантирую это! :)

И что все действительно так просто? Теперь напечатаем весь мир?

Самая главная проблема в 3d-печати как была, так пока никуда и не хочет уходить — мало готовых моделей, а программы осилит не каждый. Действительно, на то чтобы это написать у меня ушло минут 15. А чтобы сделать даже простую деталь для стиральной машины, или вешалку в ванную, не говоря уже о чем то действительно серьезном — у инженера может уйти уже час-два. Кроме того не все хотят учится этому, а кто умеет не хотят делиться моделями. Вот и пляшет все вокруг какого то замкнутого круга. Но вот уже виден свет в конце тоннеля — начинают появляться программы, осилить которые впору и ребенку. Думаю реально эти программы еще немного упростить. Кроме того в сумме с плавным проникновением в массы инновационных устройств ввода-взаимодействия, как то Kinect и LeapMotion создание 3d-моделей станет еще проще, и интуитивней. И цена на 3d-принтеры чем дальше, тем только будет падать. Вот тогда то действительно начнется массовая революция 3D-печати. Хотя на самом деле вполне возможно что не будет никакой революции. Возможно оно придет постепенно, незаметно, размыто. Примерно как мобильники, интернет, соцсети в свое время.

В любом случае только время покажет станет ли 3d-печать и 3d-принтеры «новым интернетом».